典型草原区河谷带地下水位对水均衡要素变化的响应

近几年锡林河流域开始进入降水偏丰周期,但地下水“入不敷出”的情况愈加明显,过量的地下水开采需求只能通过消耗地下水储蓄量来实现。基于水均衡原理和统计学方法分析锡林河平原区地下水位对降水量和开采量间的响应程度。研究结果表明,各个观测井对降水时序变化的响应差异较大,其中饲草料基地井与农场三队井地下水位变幅对降水较为敏感;水位埋深与开采量之间存在明显的正相关关系,从水位-开采量关系曲线变化趋势来看,随着地下水开采量增加,农场三队、饲草料基地和奶牛场的水位响应最明显;农作物大棚种植区地下水位主要受降水量与开采量共同作用,响应程度为51.16%,而饲草料基地受开采量影响最大,达到60.71%,压减灌溉饲草料地规模、调整集中连片布局为分散式利用是缓解农灌区地下水超采、促进农牧业安全发展的主要途径。     

基于小波变换的径流与降水时频变化及相关性分析——以五郎河为例

基于五郎河总管田水文站(1959-2014年)径流和丽江气象站(1959-2014年)降水资料,采用Morlet复值小波函数,分析年径流和年降水在不同时间尺度下的小波变换时-频变化及其丰-枯(多-少)交替变化的周期规律,并运用交叉小波变换,从多时间尺度的角度探讨径流和降水在时频域中的相关性。结果表明:五郎河年径流和丽江年降水量时间序列分别存在12 a、3 a和18 a、6 a、4 a的主周期变换规律,同时预测2014年后径流与降水均有减少的趋势,且分别在2014年后的8 a和10 a时期内,径流和降水量由枯转丰(少转多);年径流与年降水存在2~4 a的显著性的共振周期,且两者呈现出非常好的一致性,说明丽江站降水量可作为五郎河流域径流预测的控制因素。     

区域降水时序特征变化综合分析

降水是水循环过程中的关键要素，选用合适的降水时序特征分析方法，才能更好地从计算结果中准确找出目标地区降水量的变化趋势、突变年份及循环周期。对降水时序特征分析中常用的计算方法进行分类总结，通过分析不同方法的特点及适用条件，阐述了将数理统计方法引入降水分析的合理性，并以武汉市1951-2017年的逐日降水资料为分析基础，选取了Mann-Kendall检验法、线性回归法、5 a滑动平均、累积距平法、Morlet小波分析、经验模态分解等分析方法进行计算。通过对计算结果深入分析，找出了武汉市降水的变化趋势、降水量发生突变的时段和降水量的变化周期。结果表明：武汉市多年降水量呈显著的上升趋势；受气候变化、人类活动等多种因素影响，降水量在1954年、1980年、1998年、2010年前后多个时间段均发生明显突变；近67 a降水序列中出现了50 a和10 a两个降水量变化的主周期。分析产生降水变化的原因，考虑到西太平洋副热带高压的影响，武汉市降水集中在夏季且降水量的年际变化较为剧烈；同时认为城市化进程也在很大程度上干预了武汉市的降水情况，使区域降水总量及降水强度有所提升；预计未来武汉市降水量将继续保持稳...     

江西省锦江流域降水变化特征研究

为研究江西省锦江流域的多年降水特征,以流域的9个雨量站1957-2013年逐日降水资料为基础,对锦江流域不同地区的降水序列分别采用线性趋势、5 a滑动平均、Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变检验法,累积距平,Morlet小波分析等分析方法进行研究。结果表明:①流域面上多年平均年降水量为1617.5 mm,空间分布为从上游到下游递减的特征,且每10 a以9.59 mm的趋势上升,其上升趋势主要受到中、下游的影响;20世纪90年代是锦江流域降水较多的年代,年降水量在统计年限内呈现出“偏少-偏多-偏少”的变化趋势。②季节降水量的空间分布与年降水量相同,各区域的降水量主要集中在春季,其次是夏季、冬季,秋季降水量最小;夏、秋、冬3个季节的降水量呈现上升趋势,春季降水呈现下降趋势,其中上游流域的春季、中游流域的春、夏两季的降水量的趋势变化均具有显著性,逐月降水量主要集中在4-6月,占年降水量的45.72%左右,6月降水量最大,而9-12月的降水量所占比例较小,各地区各月份所占降水百分比与流域面上相差不大。③在Pettitt检验中,各区域的春季、夏季、秋季的突变较为一致,分别为春季(1984年)、夏季(1991年)、秋季(1980年),其中中游流域的夏季突变还通过0.1显著性水平。年降水量及冬季降水量在不同区域的突变值较为分散;而从累积距平分析,年降水量其各区域较为明显的同一突变点为1991年,冬季降水为1986年。④锦江流域不同地区的年降水量主周期较为明显,均为31 a;次周期在13 a左右,但不明显。     

基于创新趋势分析方法的黄河年季降水变化特征研究

为探究黄河流域降水变化特征，选取黄河流域92个气象站1960-2015年逐日降水资料，采用创新趋势分析方法、Mann-Kendall检验和Sen’s斜率法分析了黄河流域年季尺度降水量变化特征。结果表明：黄河流域年降水量整体呈现出东南多西北少的空间分布格局。从时间变化上看，黄河流域年降水量整体呈现下降趋势。在季节尺度上，黄河流域春、冬季降水呈增加趋势，而夏、秋季降水呈下降趋势。黄河流域春季轻度降水无显著变化趋势，黄河中游和下游夏季轻度降水呈下降趋势，黄河流域秋季轻度降水呈下降趋势，黄河流域冬季轻度降水呈上升趋势。夏季强降水在黄河上游呈10%左右的下降趋势，在黄河中游呈5%左右的上升趋势。通过探究黄河流域不同量级年季降水的变化趋势，可为黄河流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考，进而为黄河流域高质量发展提供支撑。     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

青海省西北诸河61a来降水演变特征及空间分布研究

收集了青海省西北诸河地区降水资料,分析了该地区1956-2016系列降水的时间和空间分布规律,结果表明:①降水集中度及5-9月降水量呈微弱上升趋势,趋于不均匀化,集中期呈微弱下降趋势,有提前表现。②年降水呈显著增加趋势,且降水量时序具有长程相关性,预测将保持持续增加的趋势;在2001年前后发生突变;5个时间尺度的周期波动控制着年降水量在整个时域内的变化特征,其中以31a为主要周期。③降水量在地区平面分布上极不均匀,亦有东、南部山区向西北盆地递减,降水量的垂直差异明显,并呈现一定的规律性。④多年平均降水在空间上呈现由四周山区高值向柴达木盆地低值中心递进的态势,低值区域缩减。     

1959-2017年安徽省夏季降水的时空变化及其影响因素研究

【目的】探究安徽省区域水热动态变化趋势,对区域水旱灾害发生的夏季降水时空分布变化特点、分配特征及变化规律进行分析。【方法】利用1959―2017年安徽省16个气象站逐月降水资料,采用气候倾向率法、滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法并基于克里金插值法,对安徽省1959-2017年夏季降水的时空分布特征及影响因素进行分析。【结果】研究区年均夏季降水540.1 mm,占年均降水总量45.9%,夏季降水量变幅为275.7~1 137.0 mm;1959-2017研究区年均降水量和夏季降水量总体上都呈增加趋势,其中夏季降水量变化率为23.01 mm/10 a,略高于年均降水变化速率(21.31mm/10a);夏季降水作为年降水极值的重要构成,在1975年存在显著突变点,20世纪70年代末到20世纪90年代中期突变情况复杂多变,存在多个突变年份,突变年份与厄尔尼诺年具有较强关系。安徽省夏季降水与年降水在空间分布上都呈现出南多北少的同步趋势;年降水量呈现237.0~753.2 mm的降水梯度,夏季降水出现426.4~1 045 mm的降水梯度。【结论】安徽省夏季降水变化特点表现为集中性和突变性共存的特点,降水呈现增多趋势是全球气候变暖背景下复杂的水热响应关系以及以厄尔尼诺现象为代表的异常气候事件共同作用的结果;安徽省区域气候过渡性和复杂下垫面地形条件造成了区域降水显著分异。     

基于PW-MK及小波分析的辽阳降水特征研究

降水作为水资源的重要补给,其特征分析对水资源保护、防汛抗旱等具有重要意义。基于辽阳地区16处雨量站长系列降水资料,采用模比系数差积曲线、预置白Mann-Kendall检验、小波分析进行了降水时空分布、趋势检验、突变分析及周期规律识别。结果表明,最大年降水量是最小年降水量的2.3倍,7、8月降水量占全年50%,东部山区降水多西部平原降水少;黄腊坨站、辽阳站、汤河水库站PW-MK检验统计量U分别为-0.85、-1.19、-1.43,且在1960年附近有突变点;小波分析结果显示在3~4、10~11、25~35 a的3组时间尺度有明显的循环变化。在1951—2014年中,辽阳地区降水年内分配集中、变化较大,总体呈现"丰-枯-丰-枯"变化,有不同时间尺度连枯、连丰年份出现;降水总体呈现减少趋势,汤河水库站显著减少,1960年左右出现降水突变点;具有明显的约25~35 a、10~11 a主周期循环,3~4 a小尺度周期嵌套于主周期,3组不同时间尺度的周期振荡共同作用辽阳降水。     

景电灌区降水与气温随时间变化特征分析

为探明景电灌区近年来气候变化规律,深化对灌区气候变化的认识和理解,以甘肃省景泰县1983—2017年的降水及气温日数据为基础,运用线性倾向分析、Mann-Kendall趋势检验及小波分析等方法,研究了景电灌区降水与气温不同时间尺度的变化,并预测了灌区降水的发展趋势,结果表明:近35 a景电灌区降水量呈缓慢上升趋势,气候倾向率为0.38 mm/a,冬灌降水呈显著上升趋势,其余灌季均呈下降趋势;灌区年降水量变化存在7 a和11 a这2个主要的周期尺度;灌区近35 a平均气温和极高气温均呈显著上升趋势,气候倾向率分别为0.056,0.050 ℃/a,而极低气温上升趋势不明显;灌区各灌季平均气温均呈上升趋势.由此看出,景电灌区气候变化整体呈暖湿化趋势,灌季尺度上,仅冬灌期间呈现明显的暖湿化趋势,其余灌季呈暖干化趋势.     

甘肃省1961―2018年降水量时空分布与变化研究

【目的】研究甘肃省降水量时空分布与变化,获得在暖湿趋势下甘肃省降水量变化特征。【方法】选取甘肃省1961―2018年59个气象站降水量为基础数据,采用PCI指数、小波分析、M-K检验等方法对甘肃省降水时空分布特征、降水周期、突变年份及趋势变化进行分析。【结果】甘肃省年降水量在空间上自东向西呈现逐渐减少的规律,降水量年内分配不均匀程度逐渐增加;在时间上,甘肃省存在28、22、12、5a降水变化周期,其中以28a周期震荡最强;降水量突变主要发生在20世纪60年代中期、70年代初期、80年代中期以及90年代初期。甘肃省西部地区的降水量整体呈增加趋势,增加率为0.45mm/a,中部、南部、东部地区呈下降趋势,下降率分别为-0.82、-0.81、-0.93 mm/a。【结论】甘肃省近60a降水量的长时间尺度周期显著,突变年份与极端降水及干旱事件相对应,西部与中东部地区降水量变化趋势存在较大差异,20世纪90年代后,甘肃省降水量显著增加。     

1951-2010年黄河中下游地区的降水场分析

本文利用黄河中下游地区1951-2010年25个气象站观测资料,使用EOF、小波分析等方法对黄河中下游地区降水量的变化规律及其地域分布特征进行了分析研究,用标准化降水指标、降水距平百分率分析了降水量的年、季变化规律进行了相关分析研究。结果表明:黄河中下游的降水量变化以全区一致性变化为主要特征,即同时增强或同时减弱;降水量第二特征向量南北部与中部呈反向变化关系,第三特征向量大体表现为北正南负的反位相变化,第四特征向量除少部分地区外其他地区变化一致。降水量的变化周期主要是2～3a,准6a的及10～11a的显著周期。     

艾比湖绿洲地区降水变化规律及突变分析

为了研究艾比湖绿洲地区降水变化特征,利用4个气象观测站1960-2013年的逐月降水资料,运用趋势分析法、Mann-Kendall突变检验、T检验、小波分析和GIS空间分析等方法,对艾比湖绿洲地区近54年降水的趋势性、突变性和周期性进行综合分析。结果表明:近54年来,艾比湖绿洲地区年降水量呈7.95 mm/10 a速率增加,四季降水量变化与年降水量变化趋势基本相同,呈春秋微增,夏冬强增的特点;通过M-K检验发现,艾比湖绿洲地区年降水量在1986年发生了增加突变,但未发生显著趋势性变化;小波分析结果表明艾比湖绿洲降雨在长时间序列中呈多时间尺度特征,变化较大。通过以上分析,近54年艾比湖绿洲地区总体气候呈湿润化趋势。     

基于极点对称模态分解的北京市降水特征分析

随着全球气候变化加剧,我国区域水资源紧缺日益严重,利用合理方法研究降水的变化规律对水资源规划管理尤为重要。基于北京市1951-2015年降水量时间序列,利用极点对称模态分解(ESMD)方法,分析北京市降水变化的多尺度特征和不同时间尺度下的突变,并对未来趋势变化做出判断。结果表明:北京市降水序列存在2.6、4.3、14和21.7 a的周期变化,不同时间尺度下发生突变的时间亦不同;各模态分量方差贡献率显示年际变化在北京市降水变化中占据主导地位;预测短期内北京市降水量将持续减少。     

四川盆地降水量变化特征分析

基于四川盆地内8个雨量站1954—2010年的月降水资料,运用降水集度、线性回归分析、滑动平均法、距平百分率、Kendall秩次相关法、小波分析、Mann-Kendall检验法以及滑动t检验法,对四川盆地降水量年内分配情况、年和四季降水量变化趋势、周期及突变性进行了分析。结果表明,四川盆地降水量年内分配呈季节性变化;年及四季降水量均呈减少趋势,其中,年和秋季降水量减少趋势在95%置信区间内显著;年、秋季和冬季降水量变化周期较短,均小于10 a;春季和冬季降水量不存在明显的突变点,年和秋季降水量突变开始的时间分别为1985年和1997年,夏季存在2次突变,突变点分别为1979年和1997年。     

1950~2005年北京市降水特征初步分析

通过对北京市16个雨量站1950~2005年降水资料的统计计算和频率分析,探讨了北京市降水的时空分布特征及其变化趋势,结果表明:北京市多年平均年降水量为585.8 mm,多年平均降水量变差系数为0.248;降水量年际年内变化极不均匀,汛期(6~9月)的降水量占年降水量的80%左右;平原区多年平均年降水量大于山区,降水分布呈西北低、东南高的特征;预计可能在2008年之后年降水将进入一个相对较丰的时期。     

固原市西吉县近67 a降水特征变化分析

为探讨西吉县近67 a降水变化特征,以1952-2018年降水数据为基础,采用Mann-Kendall分析,线性回归方程,滑动t检验,累积距平曲线,小波变化等多种方法对降水变化趋势、突变性和周期性进行分析。结果表明:西吉县年平均降水量为408.2 mm,年际变化与年内变化均有较大波动,旱涝灾害并存;除冬季外其他各时段降水量均有缓慢的下降趋势;在此时间序列中发生多次突变,其中1968年的突变较为显著;降水量有3个变化周期,分别是42 a的第1主周期,8 a的第2主周期和21 a的次周期。西吉县的降水量基本保持稳定,但仍须注意防范水旱灾害。     

元谋干热河谷区近60年干湿状况和气温变化特征分析

为了探寻近60 a来干热河谷区干(平均湿度、相对湿度指数)热(气温)状况的变化特征,选取干热河谷区有代表性的元谋气象站采集的温度、湿度等微气象数据计算该地区参考作物腾发量和相对湿润指数,利用线性倾向估计法、Mann-Kendall法和滑动t检验法进行趋势和突变分析.结果表明:在年和四季尺度上,平均湿度呈上升趋势,四季平均湿度从大到小依次为夏季、秋季、冬季、春季,气候倾向率从大到小依次为冬季(1.99%/10 a)、春季(1.43%/10 a)、秋季(1.21%/10 a)、夏季(0.93%/10 a);四季平均气温和最低气温均呈现下降趋势,气温关系从高到低均为夏季、春季、秋季、冬季,气候倾向率关系从大到小均为春季、冬季、夏季、秋季;最高气温在春季最大且呈现微弱下降的趋势,年尺度和其他季度尺度上呈现上升趋势,冬季上升幅度最大.元谋干热河谷区朝着湿润降温的方向发展,干旱状况虽有所缓解,但依然严峻,冬季和春季是元谋抗旱的关键阶段.     

基于FDC生态指标的水文情势评价

收集了攀枝花站1966-2017年日径流资料以及攀枝花站上游9个雨量站对应年限的日雨量资料,采用泰森多边形法进行面雨量计算,采用Mann-Kendall突变点检验法对径流变化特征进行计算,并对径流过程进行趋势分析,同时采用基于FDC的生态剩余、生态赤字的生态指标法分别从年、季尺度上对该地区的水文情势进行评价。结果表明:1966-2017年,径流和降水呈现出"低高低"的变化趋势;该站降水与生态指标具有较好的相关关系,表明该地区流量变化主要是由降水变化引起的;在季尺度上,夏季的生态变化情况与整年变化规律更为一致;在电站影响时期,不同尺度下生态指标的变化规律基本一致,表明攀枝花上游梯级电站对该站的水文情势影响甚微。     

基于加权马尔柯夫链的汛期降水丰枯预测

依据榆林市秃尾河1976-2000年汛期降水资料,应用均值标准差法建立降水丰枯的分级标准,将汛期降水量分为枯、偏枯、平、偏丰、丰等5个水平年。然后针对降水量为相依随机变量的特点,采用以规范化的各阶自相关系数为权重,运用加权马尔柯夫链模型来预测和分析未来年份汛期降水量的丰枯状况,结果显示该方法是有效可行的。最后运用遍历定理进行各种滞时的马尔柯夫链特征分析,对降水序列做出了定量的描述,预测未来秃尾河流域汛期降水量出现丰水年的几率最大,为39.8%。通过对汛期降水状态的预测,可以更好的为流域防洪抗汛和水库的合理调度提供有效信息。